Основните разлики в поведението на калцинация между кокс на нефтена основа и кокс на въглищна основа се крият в различните реакционни пътища, обусловени от разликите в химичния състав на суровините им, което впоследствие води до значителни вариации в еволюцията на кристалната структура, промени във физическите свойства и трудности при контрола на процеса. Подробен анализ е както следва:
1. Разликите в химичния състав на суровините полагат основите за поведението при калциниране
Коксът на петролна основа се получава от тежки дестилати, като например нефтени остатъци и пречистено масло, получено чрез каталитичен крекинг. Химичният му състав се характеризира предимно с къси странични вериги, линейно свързани полициклични ароматни въглеводороди, с относително ниско съдържание на сяра, азот, кислород и метални хетероатоми, както и минимално съдържание на твърди примеси и неразтворими в хинолин вещества. Този състав води до процес на калциниране, доминиран от пиролизни реакции, с относително прост реакционен път и цялостно отстраняване на примесите.
За разлика от това, коксът на въглищна основа се произвежда от въглищен катран и неговите дестилати, които съдържат по-висок дял от полициклични ароматни въглеводороди с дълга странична верига и кондензирани полициклични ароматни въглеводороди, заедно със значителни количества сяра, азот, кислородни хетероатоми и твърди примеси. Сложният състав на кокса на въглищна основа води не само до пиролизни реакции, но и до значителни кондензационни реакции по време на калцинирането, което води до по-сложен реакционен път и по-голяма трудност при отстраняването на примесите.
2. Разликите в еволюцията на кристалната структура влияят върху свойствата на материалите
По време на калцинирането, въглеродните микрокристали в кокса на нефтена основа постепенно се увеличават по диаметър (La), височина (Lc) и брой слоеве в кристалите (N). Съдържанието на идеални графитни микрокристали (Ig/Iall) също се увеличава значително. Въпреки че Lc претърпява „точка на пречупване“ поради излизане на летливи вещества и свиване на суровия кокс, цялостната кристална структура става по-регулярна, с по-висока степен на графитизация. Тази структурна еволюция придава на кокса на нефтена основа отлични свойства като нисък коефициент на термично разширение, ниско електрическо съпротивление и висока електрическа проводимост след калциниране, което го прави особено подходящ за производство на графитни електроди с големи размери и свръхвисока мощност.
По подобен начин, въглеродната микрокристална структура на кокса на въглищна основа еволюира с увеличаване на La, Lc и N по време на калцинирането. Въпреки това, поради влиянието на примесите и кондензационните реакции в суровината, има повече кристални дефекти и увеличаването на идеалното съдържание на графитни микрокристали е ограничено. Освен това, феноменът на „точка на инфлексия“ за Lc е по-изразен в кокса на въглищна основа, а новодобавените слоеве показват случайни „дефекти на подреждане“ с оригиналните слоеве, което води до значителни колебания в междуслойното разстояние (d002). Тези структурни характеристики водят до това, че коксът на въглищна основа има по-нисък коефициент на термично разширение и електрическо съпротивление в сравнение с кокса на нефтена основа след калциниране, но по-ниска якост и устойчивост на износване, което го прави по-подходящ за производство на високомощни електроди и средно големи ултрависокомощни електроди.
3. Разликите във физическите промени в свойствата определят областите на приложение
По време на калцинирането, коксът на нефтена основа претърпява цялостно отделяне на летливи вещества и равномерно свиване на обема, което води до значително увеличение на истинската плътност (до 2,00–2,12 g/cm³) и съществено подобрение на механичната якост. Едновременно с това, електрическата проводимост, устойчивостта на окисление и химическата стабилност на калцинирания материал се подобряват значително, което отговаря на строгите изисквания за производителност на висококачествени графитни продукти.
За разлика от това, коксът на въглищна основа изпитва локална концентрация на напрежение по време на отделянето на летливи вещества поради по-високото му съдържание на примеси, което води до неравномерно свиване на обема и относително по-малко увеличение на истинската плътност. Освен това, по-ниската якост и по-лошата устойчивост на износване на кокса на въглищна основа след калциниране, заедно с склонността му към разширяване по време на графитизация при висока температура, налагат строг контрол на скоростта на повишаване на температурата. Тези характеристики на свойствата ограничават приложението на кокс на въглищна основа във висококачествени находища, въпреки че ниският му коефициент на термично разширение и електрическо съпротивление все още го правят незаменим в определени области.
4. Различията в трудностите при контрола на процесите влияят върху ефективността на производството
Поради относително простия си химичен състав, коксът на нефтена основа показва ясни реакционни пътища по време на калцинирането, което води до по-малка трудност при контрола на процеса. Чрез оптимизиране на параметри като температура на калциниране, скорост на нагряване и контрол на атмосферата, качеството и производствената ефективност на калцинираните продукти могат да бъдат ефективно подобрени. Освен това, високото съдържание на летливи вещества в кокса на нефтена основа осигурява самозахранваща се топлинна енергия по време на калцинирането, намалявайки производствените разходи.
За разлика от това, сложният химичен състав на кокса на въглищна основа води до разнообразни реакционни пътища по време на калцинирането, което увеличава трудността при контрола на процеса. Необходими са стриктна предварителна обработка на суровините, прецизен контрол на скоростта на нагряване и специално регулиране на атмосферата, за да се осигури стабилно качество на продукта след калциниране. Освен това, коксът на въглищна основа изисква допълнително добавяне на топлинна енергия по време на калцинирането, което увеличава производствените разходи и потреблението на енергия.
Време на публикуване: 07 април 2026 г.